NANOLICOM

Nanostructured Lithium Conducting Materials

Projet IRSES : Programme d’échanges bilatéraux entre des centres de recherche appartenant à l’Union Européenne (France, Espagne, Lituanie) et une institution d’un pays tiers (Ukraine) menant conjointement et de façon complémentaire un même projet scientifique. Financement de missions de chercheurs ukrainiens confirmés ou en cours de formation (doctorants et post-doctorants) au sein des laboratoires européens, ou de chercheurs européens au sein de l’institut ukrainien.

Résumé du projet :

Les solides ioniques font l’objet d’études interdisciplinaires couvrant la chimie, la physique et la science des matériaux. Les nombreuses perspectives d’applications, incluant les batteries à haute densité d’énergie, les piles à combustibles, les cellules d’électrolyse, les capteurs chimiques, les dispositifs électrochromiques ou encore les cellules solaires, génèrent une grande demande de nouveaux matériaux et de nouveaux concepts de dispositifs. En plus de ces applications attractives, la recherche académique a besoin d’être renforcée puisque le transport ionique dans les matériaux désordonnés n’est toujours que partiellement interprété. En particulier, l’étude des nanomatériaux ouvre de nouveaux champs d’étude portant sur les relations entre structures, mécanismes de transport et propriétés électriques.

Le but de ce programme d’échange consiste en l’investigation de l’effet (i) des tailles de grains et  (ii) de la cristallinité sur le transport ionique dans des matériaux conducteurs par les ions Li⁺basés sur des structures cristallines pérovskite ou NASICON ou sur le LIPON. Les oxydes et oxynitrures amorphes, nanocristallins ou microcristallins sont synthétisés sous forme de poudres ou de films.

Le traitement et le frittage des échantillons sont optimisés dans le but d’obtenir des films épais ou des céramiques denses. L’influence de la nanostructure et de la microstructure sur la mobilité des ions Li⁺ doit être déterminée. L’étude systématique de ces composés, grâce à différentes techniques telles que la diffraction des rayons X, la microscopie électronique, la spectroscopie d’impédance, les spectroscopies RAMAN et Infra-Rouge ou la RMN du solide, est réalisée afin de déterminer les propriétés statiques et dynamiques des systèmes préparés. En particulier, les relations entre structures cristallines, microstructures et propriétés électriques doivent être clarifiées pour conduire au concept rationnel de conducteurs ioniques et à l’amélioration de dispositifs électrochimiques. Pour mener ce projet, un important réseau de scientifiques complémentaires (physiciens, chimistes et électrochimistes) venus de l’union européenne et d’Ukraine, et reconnus pour leur expertise dans le domaine des conducteurs ioniques, a été formé. Ce projet a donc également pour but de renforcer des collaborations internationales qui avaient été initiées à l’occasion de workshops communs.

Publications issues du projet

1. O. Bohnke, Q. N. Pham, A. Boulant, J. Emery, T. Salkus, M. Barré, H⁺/Li⁺ exchange property of Li_3xLa_2/3-xTiO₃ in water and in humid atmosphere, Solid State Ionics, 2011, 188, 14.
2. T. Šalkus, E. Kazakevičius, A. Kežionis, A.F. Orliukas, J.C. Badot, O. Bohnke, Determination of the non-Arrhenius behaviour of the bulk conductivity of fast ionic conductors LLTO at high temperature, Solid State Ionics, 2011, 188, 69–72.
3. A. Dindune, Z. Kanepe, J. Ronis, A. Actins, O. Bohnke, T. Šalkus, A. Kežionis, E. Kamarauskas, A.F. Orliukas, Structure and electrical properties of Li_3-xSc_2-x-yY_yZr_x(PO₄)3 (where x = 0.1, y = 0, 0.1) ceramics, Ferroelectrics, 2011, 418, 34-44.
4. T. Šalkus, M. Barré, A. Kežionis, E. Kazakevičius, O. Bohnke, A. Selskienė, A.F. Orliukas, Ionic conductivity of Li_1.3Al_0.3 − xSc_xTi_1.7(PO₄)₃ (x = 0, 0.1, 0.15, 0.2, 0.3) solid electrolytes prepared by Pechini process, Solid State Ionics, 2012, 225, 615.
5. T. Šalkus, I. Steins, M. Barré, A. Kežionis,  A.F. Orliukas, Preparation of superionic ceramics by spark plasma method, Materials Science (Medziagotyra), 2013, 19, 3, 250. 
6. S.D. Kobylianska, O.I. V’yunov, A.G. Belous and O. Bohnke, Lithium Ion Conductors Based on System (Li,Na,La){Ti,Nb,Та}O with Perovskite Structure, Solid state phenomena, 2013, V.200, p. 279-285.
7. O.I. V’yunov, L.L. Kovalenko, A.G. Belous, O. Bohnke, C. Bohnke, Investigations of microstructure and properties of solid composite electrolit LiPON/LLTO/LiPON, Abstracts book "IV International scientific conference "Nano-sized systems: Structure, properties, and technologies", (November 19-22), 2013, p. 388.
8. A.G. Belous, O.I. V’yunov, L.L. Kovalenko, O. Bohnke, C. Bohnke, Synthesis of thin-film electrolytes based on LIPON and LIPON/LLTO/LIPON, Electrochemistry (in Russ.), 2014, V.50, № 6, p.584-591.
9. O.I. V’yunov, L.L. Kovalenko, A.G. Belous, O. Bohnke, C. Bohnke, Preparation of nanoscale LiPON films by rf magnetron sputtering, Nanosystems, Nanotechnology and Nanomaterials (in Ukr.), 2014, V. 12, № 2., p. 303-311.
10. S.D. Kobilyanska, A. Abramova, S.O. Solopan, M. Barre, A.G. Bіlous, Synthesis of nanoparticles of lanthanum-lithium titanate from inverse microemulsion, Nanosystems, Nanotechnology and Nanomaterials (in Ukr.),  2014, Т. 12, № 3.
11. L. Kovalenko, O. V’yunov , A. Belous , F. Goutenoire , V. Gunes , O. Bohnke,  Effect of Deposition Conditions on Microstructure of LiPON Films Obtained by RF Magnetron Sputtering, 2014 IEEE XXXIV International Scientific Conference Electronics and Nanotechnology (ELNANO), April 15–18 , 2014, Kyiv, Ukraine, p. 126-130.
12. K.V. Kravchyk, G. Brotons , A.G. Belous, O. Bohnke,  Li3xLa2/3-xTiO3 Nanoparticles with Different Morphologies and Self-Organization, Obtained from Simple Solution Precipitation Methods, Material Letters, 2014, 137, p. 182-187.
13.  R. Jiménez, V. Díez, J. Sanz, S.D. Kobylianska, O.I. V’yunov and A.G. Belous, Evidence for changes on the lithium conduction dimensionality of Li0.5-yNay La0.5 Nb2O6 (0 ≤ y≤ 0.5) perovskites, RSC Advances, 2015, 5, 35, 27912.
14. E. Kazakevičius, A. Kežionis, T. Šalkus, A.F. Orliukas, O.I. V’yunov,  L.L. Kovalenko, A. G. Belous, Some aspects of charge transport in Li0.5–хNaхLa0.5TiO3 (x = 0, 0.25) ceramics, Functional Materials Letters, 2015, 8, 6, n° 1550076